64-канальный picoTDC-блок для FERS-5200 A5203

A5203 (и DT5203, который является коробочной версией для настольного использования), часть семейства FERS-5200, является преобразователем времени в цифру для многократных измерений времени с высоким разрешением, функциональность которого основана на чипе picoTDC (производства CERN). A5203B содержит дополнительную мезонинную плату со вторым чипом picoTDC, таким образом реализуя 128-канальный модуль TDC.

Каждый канал считывания принимает сигналы LVDS и измеряет временную метку как восходящих, так и нисходящих фронтов с LSB 3,125 пс. Таким образом, устройство способно реконструировать время прибытия (ToA) сигналов как абсолютную временную метку или как Δ T относительно общего импульса Tref . PicoTDC также может получать информацию о времени превышения порога (ToT) и объединять ее с временной меткой фронта. ToT позволяет оценивать амплитуду, реконструировать энергетический спектр и корректировать временные отклонения . Последнее позволяет достичь оптимального временного разрешения без необходимости использования дискриминаторов постоянной доли.

 

Технические характеристики

МЕХАНИЧЕСКИЙ

Масса	Измерение
40 г (A5203 с установленными проставками);	73,0 Ш x 30,0 В x 174,5 Д мм 3
163 г (A5203B с установленными проставками)	73,0 Ш x 25,0 В x 174,5 Д мм 3

ВХОД ВМТ

A5203: 64 канала (1 краевой разъем типа HSEC8-170)
A5203B: 128 каналов (2 краевых разъема типа HSEC8-170)

• Ответный разъем: Samtec HSEC8-170-01-S-DV
• Тип входа: уменьшенный LVDS
• Входное напряжение: Мин. = -40 мВ Макс. = +1450 мВ
• Синфазный режим: Мин. = +70 мВ Макс. = +1200 мВ
• Дифференциальное напряжение: Мин. = +140 мВ Макс. = +450 мВ
• Входное сопротивление: 100 Ом

ВРЕМЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ

LSB = 3,125 пс

• Δ T _RMS = ∼5 пс. Протестировано с сигналами LVDS, двумя пассивными разветвителями и кабелями задержки
• Δ T _RMS = ∼7 пс. Протестировано с генератором импульсов (1 Вpp, подъем/спад 0,8 нс), пассивным разветвителем и задержкой кабеля 5 нс
• Δ T _RMS = ∼20 пс с импульсами переменной амплитуды (от 30 мВ до 1 В) и коррекцией блуждания по ToT

 

ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН:

Динамический диапазон измерения времени в picoTDC:

• Только передний фронт: T _LEAD = 24 бита (FSR = ∼ 52 мкс)*
• Передний + задний фронт: T _LEAD / T _TRAIL = 24 бита (FSR = ∼ 52 мкс)*
• Leading + ToT8: T _LEAD = 19 бит, T _TOT = 8 бит (размер LSB и FSR можно запрограммировать)
• Leading + ToT11: T _LEAD = 16 бит, T _TOT = 11 бит (размер LSB и FSR можно запрограммировать)

 

Грубая временная метка в FPGA (56 бит при 12,6 нс) может быть объединена с данными picoTDC для расширения полного диапазона измерения времени до максимальной динамики 64 бит (режим потокового сбора данных).

^{* 26 бит (FSR = ∼ 210 мкс) опционально}

РЕЖИМЫ ПРИОБРЕТЕНИЯ

Common Start :
TDC ch0 — это общий старт, который открывает ворота сбора данных и представляет собой опорное время. Все остальные каналы обеспечивают измерения времени Δ _{T: T LEAD} =  Δ T _N = T _N – T ₀ . Ширина ворот программируется программно. Любое попадание за пределы ворот будет отброшено.

Выходные данные: T _LEAD  или T _{LEAD +} ToT

Общий стоп :
то же, что и общий старт, но ch0 используется как общий стоп, который закрывает шлюз захвата: Δ T _N = T ₀ – T _N .

Выходные данные: T _LEAD  или T _{LEAD +} ToT

Согласование триггера :
триггерный сигнал (типично от входов T0/T1) определяет окно сбора данных с программируемой шириной и смещением. Все попадания, попадающие в окно, будут записаны. Поддерживается сбор данных с несколькими попаданиями. Все измерения времени относятся к грубой временной метке триггера (LSB = 25,6 нс), в то время как относительное время между попаданиями сохраняет временное разрешение TDC (минимальный LSB = 3,125 пс).

Выходные данные: T _LEAD или T _LEAD +T _TRAIL или T _LEAD +ToT

Потоковая передача:
Непрерывная запись попаданий, без какого-либо гейта или триггерного окна. Все измерения времени попаданий выражаются как 64-битные временные метки (минимальный младший бит = 3,125 пс) и сохраняются в виде отсортированного списка.

Выходные данные: T _LEAD или T _LEAD +T _TRAIL (или T _LEAD +ToT, СКОРО )

ОТМЕТКА ВРЕМЕН ЗАПУСКА FPGA:

• 56-битный счетчик, шаг 25,6 нс
• До 128 плат могут быть синхронизированы с DT5215 FERS-CB путем отправки сигнала сброса временной метки через TDlink

 

 

ПЕРЕДНЯЯ ПАНЕЛЬ I/0:

• T0-IN, T1-IN : разъем LEMO-00, NIM или TTL (с оконечной нагрузкой 50 Ом)
• T0-OUT, T1-OUT : разъем LEMO-00, TTL (требуется оконечная нагрузка 50 Ом)

Перемычки для обхода входа-выхода и снятия оконечной нагрузки (последовательное подключение).

Функции (программируемые через ПО): триггер, запуск/остановка сбора данных, синхронизация, занятость, вето, проверка сигнала и т. д.

Входы T0/T1 могут использоваться для управления TDC – Ch0 = Tref (возможно ухудшение разрешения из-за температурной зависимости ПЛИС)

 

Светодиоды на ПЕРЕДНЕЙ ПАНЕЛИ:

• ЗЕЛЕНЫЙ: Питание включено, Инициализация завершена, Запуск, Триггер, Данные готовы, T0-IN, T1-IN
• ОРАНЖЕВЫЙ: превышение события (триггеры отклонены, так как получены во время занятости)
• КРАСНЫЙ: Сбой (отсутствие часов, перегрев и т. д.)

 

ВНУТРЕННИЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР:

Быстрый выходной сигнал LVDS с пониженным уровнем сигнала (только один сигнал) с программируемой частотой и шириной для отладки

ИНТЕРФЕЙСЫ СВЯЗИ

USB	Ethernet	Оптическая связь
USB2.0: разъем microUSB Пропускная способность = ∼ 3 МБ/с	Разъем Ethernet, тип Rj-45. Поддерживает подключение к ПК на скорости 10/100 Мбит/с. Пропускная способность = ∼ 2,5 МБ/с	Компонент приемопередатчика Small Form Factor Pluggable (SFP+) для оптического соединения (3,125 Гбит/с). Собственный протокол TDlink CAEN обеспечивает многоплатную синхронизацию, медленное управление и считывание данных. Требуется концентратор данных DT5215

 

 

ПРОШИВКА

• Обновление прошивки ПЛИС через USB или Ethernet (или TDlink СКОРО )
• Обновление прошивки микроконтроллера только через Ethernet

 

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Считывающее ПО
Полностью управляется программным обеспечением Janus 5203 с открытым исходным кодом для Windows® и Linux®.
Может работать в консольном режиме (программа на языке C с консольными командами и отображением gnuplot для графиков) или подключаться к графическому интерфейсу (Python), который реализует удобные для пользователя панели конфигурации и элементы управления запуском.
Janus 5203 может получать, строить и сохранять выходные файлы с гистограммами ToA, ToT, а также файлы списков (временная метка триггера, ToA и ToT для каждого канала).

Информация и мониторинг платы веб-интерфейса , настройка Ethernet.

 

ТРЕЮОВАНИЯ К ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ:

• Окружающая среда: Для использования в помещении
• Рабочая температура: от 0 °C до +40 °C
• Температура хранения: от -10 °C до +60 °C
• Рабочая влажность: от 10% до 90% относительной влажности без конденсации
• Влажность при хранении: от 5% до 90% относительной влажности без конденсации
• Высота:< 2000м
• Степень загрязнения: 2
• Категория перенапряжения: II
• Среда ЭМС: коммерческая и легкая промышленность
• Степень защиты: Корпус IPX0, не для использования во влажных помещениях

 

СООТВЕТСТВИЕ НОРМАТИВНЫМ ТРЕБОВАНИЯМ:

ЭМС: Директива ЕС по электромагнитной совместимости CE 2014/30/EU

БЕЗОПАСНОСТЬ: Директива CE 2014/35/EU по низковольтному оборудованию

 

ТРЕБОВАНИЯ К ПИТАНИЮ: Один источник питания: +12 В. Допустимый диапазон напряжений: минимально +7 В, максимально +15 В. (Преобразователь переменного тока в постоянный 110 В/220 В поставляется только с настольной версией)

 

ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ: 700 мА при +12 В, т.е. ∼ 8,4 Вт (A5203 – 64 канала). будет определено (A5203B – 128 каналов)   Варианты:  A5203 64-канальный picoTDC-блок для FERS-5200 A5203B 128-канальный picoTDC-блок для FERS-5200